TEKNIK TENAGA LISTRIK ARUS SEARAH Disusu

TEKNIK TENAGA LISTRIK:

ARUS SEARAH

Disusun oleh :

Haby Junda

Hans Kristian

Intan Permata

Irvan Bayu

Teknik Pertambangan

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum wr.wb. Pertama tama marilah kita panjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmatnya kami dapat menyelesaikan makalah dari materi kuliah “Teknik Tenaga Listrik” dengan tema “Arus Searah”.

Makalah ini dibuat dengan tujuan agar kami atau teman teman pembaca selaku mahasiswa yang mengambil mata kuliah ini dapat mengerti secara mudah tentang Arus Searah yang termasuk dalam bagian materi kuliah teknik tenaga listrik ini.

Tentu saja dalam pembuatan makalah ini, kami selaku penulis menyadari bahwa masih jauh dari kata sempurna. Untuk itu kami sangat mengharapkan kritik dan saran dari rekan rekan sekalian karena kritik dan saran akan sangat berguna bagi koreksi kami.

Demikian makalah ini saya buat semoga bermanfaat,

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... 2

DAFTAR ISI ... 3

BAB I : PENDAHULUAN ... 4

BAB II : ISI ... 5

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Cahaya lampu dihasilkan dari energi listrik. Untuk mengalirkan muatan listrik dari katoda ke anoda membentuk siklus yang tiada henti sumber tegangan harus mengerluarkan energi. Energi ini diperlukan untuk menggerakan muatan-muatan listrik di dalam lampu, yang terindikasi dengan nyala lampu. Nyala lampu terjadi karena muatan-muatan listrik menimbulkan energi kalor ketika melalui kawat filament lampu.

Dari contoh lampu tadi kita dapat tentang adanya beda potensial dalam muatan listrik. Satuan beda potensial adalah volt (V). Dan dalam mengukur besarnya ggl atau beda potensial, kita dapat menggunakan multimeter. Pada multimeter saklarnya di tunjukkan pada tulisan DC V atau AC V. DC adalah arus listrik searah, sedangkan AC arus listrik bolak-balik. AC dan DC sering kali kita jumpai dalam kehidupan kita sehari-hari.

Pemakaian AC dan DC tidak bisa sembarangan kita harus memperhitungkan kekuatan listrik tersebut atau daya listrik yang di miliki semua benda elektronik.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa yang dimaksud arus listrik searah?

2. Apa yang dimaksud sumber arus listrik searah?

3. Apa saja yang termasuk sumber arus listrik searah?

BAB I

ISI

Semua sumber listrik yang dapat menimbulkan arus listrik tetap terhadap waktu dan arah tertentu disebut sumber-sumber listrik arus searah. Sumber listrik arus searah dibagi menjadi empat macam, yaitu:

1. Elemen Elektrokimia

Elemen elektrokimia adalah sumber listrik arus searah dari proses kimiawi. Dalam elemen ini terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik. Elemen elektrokimia dapat dibedakan berdasarkan lama pemakaiannya sebagai berikut:

a. Elemen Primer: Elemen primer adalah sumber listrik arus searah yang memerlukan penggantian bahan setelah dipakai. Contoh elemen primer sebagai berikut:

 Elemen Volta

Elemen volta adalah sejenis baterai kuno yang diciptakan oleh Alesandro Volta.. Elemen volta masih diterapkan sampai saat ini. Meskipun bentuknya sudah dimodifikasi. Elemen volta terdiri atas 2 elektroda dari logam yang berbeda yang dicelupkan pada cairan asam atau larutan garam. Pada zaman dahulu, cairan asam atau garam tersebut berupa kain yang dicelup dalam larutan garam/asam.

 Elemen Daniell

Penemu elemen daniel adalah John Frederic Daniell. Elemen Daniell adalah elemen yang gaya gerak listriknya agak lama karena adanya depolarisator. Depolarisator adalah zat yang dapat menghambat terjadinya polarisasi gas hidrogen. Depolarisator pada elemen ini adalah larutan tembaga (sulfat).

 Elemen Leclanche

Jenis elemen leclanche ada dua macam, yaitu elemen kering dan basah, terdiri atas dua bejana kaca yang berisi:

- batang karbon sebagai kutub positif (anoda) - batang seng sebagai kutub negatif (katoda) - batu kawi sebagai depolarisator

- larutan amonium klorida sebagai elektrolit

Elemen kering adalah sumber arus listrik yang dibuat dari bahan-bahan kering yang tidak dapat diisi kembali (sekali pakai). Elemen ini termasuk elemen primer. Contoh elemen kering antara lain, batu baterai dan baterai perak oksida (baterai untuk jam tangan). Bahan untuk kutub positif digunakan batang karbon, dan untuk kutub negatif digunakan lempeng seng.

b. Elemen Sekunder: Elemen sekunder adalah sumber arus listrik yang tidak memerlukan penggantian bahan pereaksi (elemen) setelah sumber arus habis digunakan. Sumber ini dapat digunakan kembali setelah diberikan kembali energi (diisi atau disetrum).

Contoh dari elemen sekunder yaitu akumulator (aki). Akumulator adalah termasuk sumber listrik yang dapat menghasilkan tegangan listrik arus searah (DC). Prinsip kerja dari akumulator adalah berdasarkan proses kimia. Secara sederhana, prinsip kerja akumulator dapat dijelaskan sebagai berikut:

 Pemakaian

Pada saat akumulator dipakai, terjadi pelepasan energi dari akumulator menuju lampu. Dalam peristiwa ini, arus listrik mengalir dari kutub positif ke pelat kutub negatif. Setelah akumulator dipakai beberapa saat, pelat kutub negatif dan positif akan dilapisi oleh sulfat. Hal ini menyebabkan beda potensial kedua kutub menjadi sama dan kedua kutub menjadi netral.

 Pengisian

Setelah kedua kutub netral dan arus tidak mengalir, kita harus menyetrum aki agar dapat digunakan kembali. Pada saat aki diestrum, arah arus berlawanan dengan pada saat digunakan,yaitu dari kutub negatif ke positif.

Contoh lainnya seperti batu baterai yang digunakan pada telepon genggam, laptop, kamera, lampu emergensi dll.

2. Generator Arus Searah

1) Generator penguat terpisah 2) Generator shunt

3) Generator kompon

Generator DC terdiri dua bagian, yang pertama stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan yang kedua, bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.

Prinsip kerja generator ini adalah induksi elektromagnetik, yaitu perubahan medan magnet yang terjadi pada kumparan kawat sehingga terjadi arus listrik. Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:

1) Dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. 2) Dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.

3. Termoelemen

Termoelemen adalah sumber arus listrik searah dari proses yang terjadi karena adanya perbedaan suhu. Termoelemen mengubah energi panas menjadi energi listrik. Peristiwa ini dikemukakan oleh Thomas John Seebach pada tahun 1826. Arus yang ditimbulkan dari kejadian ini disebut termoelemen. Semakin besar perbedaan suhu antara A dan B, semakin besar arus yang mengalir. Tetapi, karena arus yang dihasilkan relatif kecil, termoelemen belum dapat dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari.

4. Sel Surya (Solar Cell)

Sel surya memiliki banyak aplikasi. Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan dengan inverter ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net metering. Prinsip kerjanya sebagai berikut.

Jika pelat foil alumunium terkena cahaya matahari, maka pelat alumunium akan panas dan diteruskan ke pelat silikon. Silikon bersifat semikonduktor, sehingga pada suhu yang tinggi, elektron-elektron akan terlepas dan menempel pada foil alumunium dan muatan-muatan positifnya menempel pada foil besi. Jika kedua foil dihubungkan melalui rangkaian luar, maka akan menimbulkan aliran elektron. Ini karena pada kedua foil tersebut, terdapat perbedaan potensial. Potensial yang dibangkitkan oleh sel surya sangat kecil sehingga membutuhkan banyak sekali sel Sel surya juga terlalu mahal sehingga penggunaannya sangat terbatas pada alat-alat tertentu saja.

Besar arusnya pun sangat bergantung pada intensitas cahaya yang menembus pelat, jumlah sel yang ada, dan luas penampang yang terkena cahaya. Contoh barang yang telah menggunakan tenaga surya yaitu, mobil listrik tenaga surya dan sumber energi pada satelit.

A. GENERATOR ARUS SEARAH

Generator arus searah atau yang biasa disebut DC (Direct Current) memiliki satu cincin yang dibelah sehingga dinamakan cincin belah atau komutator. Kedua sikat karbon bersentuhan dengan kedua cincin belah secara bergantian, sehingga salah satu sikat karbon selalu berpolaritas positif dan yang lain berpolaritas negatif. Hal ini menyebabkan arus listrik induksi yang mengalir ke luar generator adalah searah.

Gambar 1.1.

Generator Arus Searah

A.1. Prinsip Induksi Elektromagnetik

Pada induksi elektromagnetik terjadi perubahan bentuk energi gerak menjadi energi listrik. Induksi elektromagnetik digunakan pada pembangkit energi listrik. Pembangkit energi listrik yang menerapkan induksi elektromagnetik adalah generator dan dinamo. Di dalam generator dan dinamo terdapat kumparan dan magnet. Kumparan atau magnet yang berputar menyebabkan terjadinya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan perubahan tersebut menyebabkan terjadinya GGL (Gaya Gerak Listrik) induksi pada kumparan. Energi mekanik yang diberikan generator dan dinamo diubah ke dalam bentuk energi gerak rotasi. Hal itu menyebabkan GGL induksi dihasilkan secara terus-menerus dengan pola yang berulang secara periodik.

menunjuk ke nol (tidak menyimpang) ketika magnet tersebut didiamkan sejenak di dalam kumparan. Ketika magnet batang dikeluarkan, maka jarum galvanometer akan menyimpang dengan arah yang berlawanan (misalnya ke kiri). Jarum galvanometer menyimpang disebabkan adanya arus yang mengalir dalam kumparan. Arus listrik timbul karena pada ujung-ujung kumparan timbul beda potensial ketika magnet batang digerakkan masuk atau keluar dari kumparan. Beda potensial yang timbul ini disebut gaya gerak listrik induksi (GGL induksi).

Ketika magnet batang digerakkan masuk, terjadi penambahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparan (galvanometer menyimpang atau ada arus yang mengalir). Ketika batang magnet diam sejenak maka jarum galvanometer kembali ke nol (tidak ada arus yang mengalir). Ketika batang magnet dikeluarkan terjadi pengurangan jumlah garis gaya magnetik yang memtong kumparan (galvanometer menyimpang dengan arah berlawanan). Jadi, akibat perubahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparan, maka pada kedua ujung kumparan timbul beda potensial atau GGL induksi. Arus listrik yang disebabkan oleh perubahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparan disebut arus induksi. Dan arus ini akan membangkitkan kembali medan magnet, memperbesar medan magnet, demikian seterusnya, sehingga dihasilkan:

Keterangan:

N = Jumlah lilitan

∆∅ = Fluks magnetik (Weber atau Wb)

∆ t = Perubahan waktu / selang waktu (sekon)

Ei = GGL induksi (Volt)

Gambar 1.2.

Terjadinya Gaya Gerak Listrik

Faktor-faktor yang menentukan besaran GGL:

1) Banyaknya lilitan kumparan

2) Kecepatan keluar-masuk magnet dari dan keluar kumparan 3) Kuat magnet batang yang digunakan

A.2. Prinsip Induksi Homopolar / a-Acyclis

magnet permanen. Perputaran ini diakibatkan torka yang dihasilkan oleh gaya magnet yang bekerja pada piringan tersebut. Pada motor homopolar, piringan konduktor diganti dengan piringan konduktor yang menghasilkan medan mgnet itu sendiri,atau menggunakan magnet silinder.

Untuk menghasilkan putaran yang cepat harus menggunakan magnet dengan medan magnet yang kuat seperti magnet Neodymium (NeFeB). Terdapat dua model rangkaian homopolar, yaitu model “ayun / gantung” dan model “menggelinding”. Pada model ayun / gantung salah satu sisi dari magnet ditempelkan pada pangkal sebuah skrup, dengan demikian sekrup akan mempunyai sifat magnet. Ujung sekrup ditempelkan pada bagian bawah sebuah baterai. Kemudian ujung kawat tembaga ditempelkan pada bagian atas baterai menggunakan jari, dan ujung yang bawah disentuhkan pada magnet silinder sehingga akan terbentuk rangkaian tertutup yang akan menghasilkan arus dan menyebabkan magnet berputar.

Perputaran magnet dapat dijelaskan dengan aturan tangan kanan untuk menentukan arah gaya magnet pada sebuah konduktor penghantar arus yang berada pada pengaruh medan magnet.

Gambar 1.3.

Menurut gambar di atas, torsi yang dihasilkan menyebabkan magnet berputar berlawan arah jarum jam Jika dilihat dari atas.

Gambar 1.4.

Kaidah Tangan Kanan

Magnet silinder menjadi penghantar arus, dimana arus mengalir secara radial ke pusat. Berdasarkan aturan tangan kanan dihasilkan gaya Lorentz dalam komponen arah radial. Pada model menggelinding magnet silinder ditempelkan pada kedua kutub baterai. Kemudian membuat kabel tembaga mebentuk huruf U dan menghubungkan ujung-ujungnya pada magnet sehingga mebentuk rangkaian tertutup. Arus akan mengalir melalui magnet silinder dan mengahsilkan gaya magnet pada magnet yang nantinya akan berfungsi sebagai roda. Resultan dari torsi yang dihasilkan pada kedua roda tersebut menyebabkan magnet dan baterai mengelinding bersama kawat U.

Gambar 1.5.

Arah Gaya Lorentz dan Perputaran Magnet

Menurut gambar di atas, torsi yang dihasilkan menyebabkan magnet berputar berlawan arah jarum jam jika dilihat dari atas. Untuk suatu perputaran dan kuat medan magnet yang konstan akan dihasilkan GGL induksi yang konstan pula.

∅=B . ω

e_ind yang dihasilkan mempunyai nilai terbatas.

B = kuat magnet

ω = kecepatan sudut

A.3. Prinsip Induksi Heteropolar / Acyclis

Dalam prinsip pembangkitan induksi heteropolar (asiklis) menjelaskan bahwa apabila sepotong kawat berada dalam medan magnet diputar pada sumbunya, maka kawat tersebut akan memotong garis-garis gaya sehingga fluks yang dilingkupinya sebesar

∅=∅m. cosθ

∅m=∅maksimum

Gambar 1.6.

Kumparan Induksi Magnetik

Tetapi saat kumparan diputar berlawanan arah jarum jam sejauh α dan berada posisi A’ – B’ maka fluks magnet yang berhasil dilingkupi hanya sebesar:

Ф = Фm cos α. . . . . (1)

Bila kumparan kumparan tersebut diputar dengan kecepatan ω dan perubahan dari posisi AB ke posisi A’ B’ ditempuh dalam waktu t detik, maka besar sudut yang ditempuh adalah

α = ω . t.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa besar flux magnet yang dapat dilingkupi oleh kumparan setiap saatnya adalah :

Ф = Фm cos ω . t . . . . (2)

Sehingga besar GGL induksi yang terjadi setiap saatnya dapat dihitung sbb :

e = N.Фm sin ωt. ω . . . . (3)

e = ω.N.Фm sin ωt . . . . (4)

Dari persamaan di atas terlihat bahwa GGL induksi (tegangan) e merupakan fungsi sinus. Hal ini berarti bahwa tegangan e akan mencapai harga maksimum pada saat sin ωt = 1. Dengan demikian besarnya tegangan maksimum dapat dihitung sebagai berikut :

Em = ω.N.Фm . . . . (5)

Sehingga persamaan (4) berubah menjadi :

e = Em sin ωt . . . . (6)

Bila tegangan ini dihubungkan dengan beban resistif, maka arus akan mengalir dan persamaan arusnya dapat ditulis sebagai berikut :

i = Im sin ωt . . . . (7)

di samping dan dari gambar tersebut terlihat bahwa tegangan akan mencapai harga maksimumnya pada saat :

Gambar 1.7.

Tegangan Mencapai Harga Maksimum

Harga maksimum disebut juga dengan harga puncak (peak value) atau amplitudo. Sedangkan harga maksimum positif ke maksimum negatif disebut dengan harga puncak ke puncak (peak to peak value).

Medan magnet arus searah:

1) Magnet permanen

2) Magnet listrik (elektormagnet) Magnet listrik mempunyai dua tipe: a. Berpenguatan bebas

A.4. Generator Berpenguatan Bebas

Generator tipe penguat bebas adalah generator yang lilitan medannya dapat dihubungkan ke sumber dc yang secara listrik tidak tergantung dari mesin. Tegangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan Rf akan menghasilkan arus If dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan pada generator. Generator ini penguatannya diambil dari sumber di luar generator tersebut, misalnya dari baterai atau generator searah yang lain.

Gambar 1.8.

Generator Berpenguatan Bebas

Jika generator dihubungkan dengan beban, dan Ra adalah tahanan dalam generator, maka hubungan yang dapat dinyatakan adalah:

 Tegangan jepit (V) medan Rf yang diambil dari output generator tersebut. Besi selalu mempunyai sedikit medan magnet setelah besi tersebut diberi penguatan medan, ini disebut medang reumanen (reumanent magnetism).

Jika sebuah kumparan berputar dalam medan tersebut akan timbul GGL dan arus yang kecil (bila rangkaian tertutup). Atus kecil yang timbul tadi akan menyebabkan medan magnet yang kecil bertambah besar, pertambahan medan akan menyebabkan pertambahan GGL yang akan menimbulkan penambahan arus, dan siklus ini berlangsung terus, hingga kita dapat menghasilkan GGL yang cukup besar. Peristiwa ini disebut dengan built up voltage.

Mesin arus searah berpenguatan sendiri dibagi menjadi tiga tipe, yaitu:

a. Mesin arus searah seri b. Mesin arus searah shunt

c. Mesin Arus Searah Kompon (compound)

A.5.1. Mesin Arus Searah Seri

Untuk mendapatkan arus penguat yang besar agar fluks magnet yangdibangkitkan oleh kumparan medan menjadi besar, maka diameter kawatkumparan medan dipilih yang besar. Untuk hal tersebut kumparan medandisambung seri dengan tahanan jangkar (lihat

Gambar 1.9.

Mesin Arus Searah Seri

Dari gambar di atas berlaku persamaan:

E_a=I_aR_a+I_sR_s+V_t

I_L=I_a

Pout=VtIL

P_a=E_aI_a

Kelemahan generator seri adalah tegangan output (terminal) tidak stabil karenaarus beban IL berubah-ubah sesuai dengan beban yang dipikul . Hal inimenyebabkan fluks magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan seri tidakstabil. Keuntungan generator seri adalah daya output menjadi besar.

A.5.2. Mesin Arus Searah Shunt

Gambar 1.10

Rangkaian Listrik Generator Shunt

Dari gambar di atas berlaku persamaan:

V_t=I_shR_sh=I_LZ_L

E_a=I_aR_a+V_t

¿IaRa+IshRsh

P_a=E_aI_a

P_out=V_tI_L (daya beban penuh jika I_L = arus beban penuh)

A.5.3. Mesin Arus Searah Kompon (compound)

Biasanya kumparan seri dihubungkan sedemikian rupa, sehingga kumparan seri ini membantu kumparan shunt, yakni MMF nya searah. Bila generator ini dihubungkan seperti itu, maka dikatakan generator itu mempunyai kumparan kompon bantu.

Mesin yang mempunyai kumparan seri melawan medan shunt disebut kompon lawan dan ini biasanya digunakan untuk motor atau generator- generator khusus seperti untuk mesin las. Dalam hubungan kompon bantu yang mempunyai peranan utama ialah kumparan shunt dan kumparan seri dirancang untuk kompensasi MMF akibat reaksi jangkar dan juga tegangan drop di jangkar pada range beban tertentu. Ini mengakibatkan tegangan generator akan diatur secara otomatis pasa satu range beban tertentu

Gambar 1.11

Gambar 1.12

Generator Kompon Pendek

Untuk mesin searah tipe kompon ada beberapa macam:

 Bila penguat seri dapat membantu penguat shunt, maka disebut kompon bantu

 Bila penguat seri melawan penguat shunt, maka disebut kompon lawan

 Bila tegangan yang dihasilkan selalu rata / konstan meskipun arus beban bertambah besar, disebut kompon rata.

Gambar 1.13

Gambar diatas menunjukkan karakteristik generator kompon. Tegangan output generator terlihat konstan dengan pertambahan arus beban, baik pada arus eksitasi penuh maupun eksitasi 50%. Hal ini disebabkan oleh adanya penguatan lilitan seri, yang cenderung naik tegangannya jika arus beban bertambah besar. Jadi ini merupakan kompensasi dari generator shunt, yang cenderung tegangannya akan turun jika arus bebannya naik.

Gambar 1.14.

Penampang Mesin Arus Searah

B. REAKSI JANGKAR (

ARMATURE REACTION

)

Jangkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur. Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi. Pada umumnya jangkar terbuat dari bahan yang kuat mempunyai sifat feromagnetik dengan permiabilitas yang cukup besar.

dari beberapa kumparan yang dipasang di dalam alur jangkar. Tiap-tiap kumparan terdiri dari lilitan kawat atau lilitan batang.

Gambar 1.15 Jangkar Generator DC

Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah generator saat tanpa beban disebut Fluks Medan Utama (Gambar 1.16.). Fluks ini memotong lilitan jangkar sehingga timbul tegangan induksi.

Gambar 1.16

Medan Eksitasi Generator DC

Gambar 1.17.

Medan Jangkar dari Generator DC dan Reaksi Jangkar

Munculnya medan jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak disebelah kiri kutub utara, dan akan memperkuat medan utama yang terletak di sebelah kanan kutub utara. Pengaruh adanya interaksi antara medan utama dan medan jangkar ini disebut reaksi jangkar. Reaksi jangkar ini mengakibatkan medan utama tidak tegak lurus pada garis netral n, tetapi bergeser sebesar sudut α. Dengan kata lain, garis netral akan bergeser. Pergeseran garis netral akan melemahkan tegangan nominal generator.

Untuk mengembalikan garis netral ke posisi awal, dipasangkan medan magnet bantu (interpole atau kutub bantu), seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 1.18.

Generator dengan Kutub Bantu dan Generator Kutub Utama, Kutub Bantu, Belitan Kompensasi

dengan kompensasi yang dipasangkan pada kaki kutub utama baik pada lilitan kutub utara maupun kutub selatan, seperti ditunjukkan pada gambar 1.18., generator dengan komutator dan lilitan kompensasinya.

Kini dalam rangkaian generator DC memiliki tiga lilitan magnet, yaitu:

• lilitan magnet utama

• lilitan magnet bantu (interpole) • lilitan magnet kompensasi

Syarat-syarat untuk mengurangi reaksi jangkar:

 Dengan memasang kutub bantu (commutating pole) sehingga arus yang melalui jangkar dilewatkan dahulu melalui kutub bantu.

 Dengan menggeserkan letak sikat, untuk generator sesuai dengan arah perputarannya, dan untuk motor berlawanan dengan arah putarannya.

 Dengan memasang kumparan kompensasi pada kutub-kutubnya.

Sikat dibuat dari bahan yang lebih lunak dari lamel yaitu:

- Carbon

- Carbon – grafit - Grafit

- Carbon – grafit – Cu (tembaga)

C. KOMUTASI

Gambar 1.19.

Prinsip Kerja Komutator

Gambar 1.20.

Fungsi Waktu Komutator

Fungsi tersebut merupakan fungsi linier komutasi yang dihasilkan jika rapat arus dalam sikat seragam. Tapi karena adanya pengaruh induktansi kumparan dan tahanan sikat untuk arus yang cukup besar maka fiungsi tersebut tidak linier lagi melainkan berupa garis lengkung.

Demikianlah dengan adanya arus yang berbalik arah dalam kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet dihasilkan tegangan induksi (GGL) dengan bentuk gelombang seperti pada gambar berikut

Gambar 1.21.

Arus yang mengalir melalui carbon brush dan armature winding sebuah mesin DC biasanya mengambil beberapa jalur pada armature windings disaat arus itu masuk dari komutator ke carbon brush.

Gambar 1.22.

Sketsa Armature

Setelah arus itu mengalir melalui windings, jalur-jalur itu bertemu lagi dan arus mengalir melalui carbon brush keluar. Pada waktu sebuah coil bergerak dibawah carbon brush (Gambar 1.22.), pada salah satu sisi carbon brush arus mengalir dalam suatu arah, dan akan mengalir pada arah yang berlawanan bila coil itu ada pada sisi lain.

Jadi arus tersebut harus menjadi nol lebih dulu pada segmen komutator yang berada dibawah carbon brush, sebelum berbalik arah pada coil berikutnya. Sebagai catatan, carbon brush itu harus cukup lebar untuk menjembatani dua segmen komutator berurutan dan meng hubung singkat armature coil untuk sesaat. Inilah yang disebut komutasi.

Meeting point dengan arus pada jalur yang lain (disebut “neutral point”), terjadi tidak dibawah carbon brush.

Perpindahan “neutral point” ini akan membuat arus pada satu sisi dari carbon brush menjadi amat padat (crowded). Kondisi ini akan membuat arus itu meloncat keluar sebagai electic spark

untuk mencapai titik balik berikutnya. Mesin elektrik besar bekerja dengan variasi beban yang amat besar. Makin besar arus beban, makin sulit untuk mendapatkan kondisi pembalikan arus saat coil bergerak dibawah carbon brush. Untuk mempercepat terjadinya pembalikan arah arus coil dan menjaga agar “neutral point” tetap berada dibawah carbon brush, pada mesin besar dipasang inter pole atau commutating pole.

Gambar 1.23.

Inter Pole dan Commutating Pole

Sebab-sebab timbulnya bunga api:

 Mekanis

- Bentuk kolektor sudah tidak bulat lagi - Lamel-lamel menonjol keluar / tidak rata

- Mika lamel sudah habis maka penyekat menonjol ke luar

 Elektris

- Arus yang mengalir dalam jangkar terlalu besar - Perputaran terlalu cepat

- Terjadinya kesalahan dalam meletakkan sikat

- Adanya kesalahan dalam medan penguat maupun dalam lilitan jangkar

Untuk memperbaikinya ada beberapa cara:

 Menempatkan kutub bantu sejajar dengan bidang kumparan yang hendak dikomutasi.

 Memperbesar tahanan dari rangkaian yang dihubungkan yaitu dengan menggunakan sikat dari bahan yang mempunyai tahanan cukup tinggi.

Komutator dibuat dari segmen-segmen tembaga dan plat-plat mika (Gambar 4). Segmen-segmen tembaga sering disebut “Segmen-segmen komutator” dan selanjutnya nama ini yang dipakai dalam tulisan ini.

Plat-plat mika isolator komutator, secara fisik terpisah dan secara elektrik menjadi isolasi dari segmen komutator dan memberi-kan tekanan yang diperlukan bagi stabilitas komutator. Plat-plat ini dipotong dibawah permukaan komutator (undercut) untuk mencegah interferensi dengan adanya geseran dari carbon brush ke permukaan komutator. Segmen komutator dipotong dan disusun untuk membentuk se-buah silinder pada waktu dilakukan assembling. Setiap segmen komutator punya riser pada satu sisi untuk membuat sambungan ke armature coil.

Segmen komutator disusun sedemikian sehingga tetap duduk pada posisinya oleh sebuah cap besi yang diikat dengan baut pada steelshell. Mica cones dibuat memiliki contour untuk menyesuaikan diri antara shell dan cap dan menjadikannya isolasi segmen komutator terhadap ground (armature).